JP5853034B2 - High linearity phase frequency detector - Google Patents
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Description
本発明は、一般に位相ロックループの分野に関し、詳細には、フラクショナルN位相ロックループ周波数シンセサイザ(fractional−N phase−locked loop frequency synthesizer)の分野に関する。 The present invention relates generally to the field of phase-locked loops, and in particular to the field of fractional-N phase-locked loop frequency synthesizers.
現在のPLL(phase−locked loop)回路は、VCO(voltage−controlled oscillator)からの出力信号の位相を、PLLへの入力基準周波数の位相と比較するための機能を含むことができる。そのような回路は、出力信号と入力基準周波数との間の位相差の比例を表す誤差信号を生成するための位相周波数検出器を含むことができる。加えて、現在のPLL回路は、生成される出力信号がPLLへの入力基準周波数と同期するように、誤差信号をローパスフィルタに、次にVCOに供給するための機能も含むことができる。現在のPLL回路は、VCOからの出力を位相周波数検出器の入力にフィードバックすることにより、誤差信号を生成できるようにして、VCOからの出力信号を入力基準周波数に結合する、負帰還ループ方法を利用することができる。現在のいくつかのPLL回路では、出力信号を分周器回路に供給することができるため、入力基準周波数の整数倍を生成する。位相ロック状態に達したとき、VCOからの出力信号は、入力基準周波数のN倍に等しくなっており、ここで、Nは、分周器回路の分周比である。したがって、現在のPLL回路は、入力基準周波数のもっぱら整数倍の周波数を生成する。 Current phase-locked loop (PLL) circuits can include a function for comparing the phase of an output signal from a voltage-controlled oscillator (VCO) with the phase of an input reference frequency to the PLL. Such a circuit can include a phase frequency detector for generating an error signal that represents the proportionality of the phase difference between the output signal and the input reference frequency. In addition, current PLL circuits can also include a function for supplying an error signal to the low pass filter and then to the VCO so that the generated output signal is synchronized with the input reference frequency to the PLL. Current PLL circuits provide a negative feedback loop method that allows an error signal to be generated by feeding back the output from the VCO to the input of the phase frequency detector and coupling the output signal from the VCO to the input reference frequency. Can be used. Some current PLL circuits can provide an output signal to a divider circuit, thus producing an integer multiple of the input reference frequency. When the phase locked state is reached, the output signal from the VCO is equal to N times the input reference frequency, where N is the divider ratio of the divider circuit. Therefore, the current PLL circuit generates a frequency that is an integer multiple of the input reference frequency.
それらの周波数シンセサイザは、入力基準周波数の整数倍の周波数だけを生成することができる。そのような制約を回避するため、周波数シンセサイザは、周波数サイクル当たりの分周値を変調して、分数値を獲得するために、ΣΔ変調器をさらに含むことができる。そのような周波数シンセサイザは、フラクショナルN周波数シンセサイザと呼ばれる。フラクショナルN周波数シンセサイザは、周波数が、 Those frequency synthesizers can only generate an integer multiple of the input reference frequency. To circumvent such constraints, the frequency synthesizer can further include a ΣΔ modulator to modulate the division value per frequency cycle to obtain a fractional value. Such a frequency synthesizer is called a fractional N frequency synthesizer. The fractional N frequency synthesizer has the frequency
の形式を取る信号を生成することができ、ここで、INT、FRAC、およびMODは整数であり、したがって、FVCOは、必ずしも基準周波数Freferenceの整数倍になるとは限らない。既存のΣΔ変調は、位相周波数検出器の入力において、連続的に時間差を生成することができ、その時間差は、今度は、チャージポンプによって、電荷量に変換される。ΣΔ変調器は、フラクショナルN変調電力を高周波数に整形し、そうすることによって、悪化する余分な雑音を帰還ループのループフィルタの帯域幅の外側に移動させて、余分な雑音を除去する。位相周波数検出器入力における時間差からループフィルタ内の電荷量への変換を、高線形な方法で実行することができるため、ΣΔ変調器を使用することからもたらされる雑音整形スペクトル特性が、いくらかの雑音が結果としてPLLループに導入されるような変更を受けない。そのような雑音がPLLループに導入されることを防止することによって、分周器およびΣΔ変調器を用いて実施されるフラクショナルN変調を使用することからもたらされる位相雑音性能が維持される。言い換えると、特にフラクショナルN PLLシンセサイザにおける、位相雑音スペクトル特性の悪化を防止するために、様々なタイプのΣΔ変調器雑音整形技法を、この目的のために知ることができる。しかし、位相周波数検出器において検出された位相差を、VCOに接続されたループフィルタにおける電荷量に変換する、高線形な変換方法は知られていない。 Can be generated, where INT, FRAC, and MOD are integers, and thus F VCO is not necessarily an integer multiple of the reference frequency F reference . The existing ΣΔ modulation can continuously generate a time difference at the input of the phase frequency detector, and this time difference is in turn converted to a charge amount by a charge pump. The ΣΔ modulator shapes the fractional N modulation power to a high frequency, thereby moving the extra noise that gets worse outside the loop filter bandwidth of the feedback loop and removing the extra noise. The conversion from the time difference at the phase frequency detector input to the amount of charge in the loop filter can be performed in a highly linear manner, so that the noise shaping spectral characteristics resulting from using the ΣΔ modulator will cause some noise. As a result, no changes are introduced to the PLL loop. By preventing such noise from being introduced into the PLL loop, the phase noise performance resulting from using fractional N modulation implemented with a divider and ΣΔ modulator is maintained. In other words, various types of ΣΔ modulator noise shaping techniques can be known for this purpose, in order to prevent deterioration of the phase noise spectral characteristics, especially in fractional N PLL synthesizers. However, there is no known highly linear conversion method for converting the phase difference detected by the phase frequency detector into the charge amount in the loop filter connected to the VCO.
したがって、本発明は、新規な線形化システムおよび方法を導入することによって、関連技術の限界および不都合が原因の1つまたは複数の問題を実質的に解消する、位相ロックループ回路内のフラクショナルN周波数シンセサイザを実装するためのシステムおよび方法に関する。 Accordingly, the present invention introduces a novel linearization system and method that substantially eliminates one or more problems due to the limitations and disadvantages of the related art, and a fractional N frequency in a phase locked loop circuit. The present invention relates to a system and method for implementing a synthesizer.
一実施形態では、本発明は、位相周波数検出器回路を提供し、位相周波数検出器回路は、PLL(phase−locked loop)回路に適用され、チャージポンプと、VCO出力信号を提供するためのVCO(voltage−controlled oscillator)と、VCO出力信号を受信するための入力を有する、N分周された出力信号を提供するためのN分周器と、N分周された出力信号を変調するための変調器と、基準周波数供給器と、ループフィルタとを有し、基準周波数において発振する信号を受信するための第1の入力と、N分周された出力信号を受信するための第2の入力と、Up信号出力と、Down信号出力とを含む。VCOは、チャージポンプおよびループフィルタに直列しており、N分周器が後に続き、VCOは、ループフィルタからの調整電圧信号を受信するように構成され、Up信号およびDown信号の構成を、その特徴とすることができる。位相周波数検出器回路では、Up信号は、第2の入力が上昇したときに常にUp信号出力が上昇し、第2の入力が下降したときに常にUp信号出力が下降し、Down信号は、第2の入力が上昇したときにDown信号出力が上昇し、第1の入力が上昇したときにDown信号出力が下降するモードを有する。 In one embodiment, the present invention provides a phase frequency detector circuit that is applied to a phase-locked loop (PLL) circuit to provide a charge pump and a VCO for providing a VCO output signal. (Voltage-controlled oscillator), an N divider for providing an N divided output signal having an input for receiving a VCO output signal, and for modulating the N divided output signal A first input for receiving a signal oscillating at a reference frequency and a second input for receiving an N-divided output signal having a modulator, a reference frequency supplier, and a loop filter And an Up signal output and a Down signal output. The VCO is in series with the charge pump and loop filter, followed by an N divider, the VCO is configured to receive the regulated voltage signal from the loop filter, and the configuration of the Up and Down signals is Can be a feature. In the phase frequency detector circuit, the Up signal always rises when the second input rises, the Up signal output always falls when the second input falls, and the Down signal Down signal output when the second input is increased to rise, with a mode in which the Down signal output when the first input is increased is lowered.
また別の実施形態では、本発明は、位相周波数検出器回路を提供し、位相周波数検出器回路は、VCOの制御電圧とVCO出力信号の周波数との間の係数が正であるVCOを有する位相ロックループ回路に適用され、チャージポンプのUpソースを駆動するUp信号と、チャージポンプのDownソースを駆動するDown信号とを備える。Up信号およびDown信号の構成は、上で説明したように実施することができる。 In yet another embodiment, the present invention provides a phase frequency detector circuit, the phase frequency detector circuit having a VCO with a positive coefficient between the control voltage of the VCO and the frequency of the VCO output signal. It is applied to a lock loop circuit and includes an Up signal that drives the Up source of the charge pump and a Down signal that drives the Down source of the charge pump. The configuration of the Up signal and the Down signal can be implemented as described above.
また別の実施形態では、本発明は、位相周波数検出器回路を提供し、位相周波数検出器回路は、VCOの制御電圧とVCO出力信号の周波数との間の係数が負であるVCOを有する位相ロックループ回路に適用され、チャージポンプのDownソースを駆動するUp信号と、チャージポンプのUpソースを駆動するDown信号とを備える。Up信号およびDown信号の構成は、上で説明したように実施することができる。 In yet another embodiment, the present invention provides a phase frequency detector circuit, the phase frequency detector circuit having a VCO with a negative coefficient between the control voltage of the VCO and the frequency of the VCO output signal. This is applied to a lock loop circuit, and includes an Up signal for driving the Down source of the charge pump and a Down signal for driving the Up source of the charge pump. The configuration of the Up signal and the Down signal can be implemented as described above.
また別の実施形態では、本発明は、位相周波数検出器回路を提供し、位相周波数検出器回路は、高速ロックアップのためにPLL回路が時間とともにその間で変化してロックアップ状態に向かう2つ以上のモードに関連付けられたPLL回路に適用され、上で説明した構成が、最終モードにおいて、PLLがロックアップ状態の近くに、またはロックアップ状態内にあるときだけに実現するように、Up信号およびDown信号の変更可能な構成を備える。先行するモードにおいて、PLLがロックアップ状態の近くに、またはロックアップ状態内にないときは、Up信号およびDown信号の構成は異なる。 In yet another embodiment, the present invention provides a phase frequency detector circuit, the phase frequency detector circuit including two PLL circuits that change between them over time for a fast lockup and toward a lockup state. The Up signal is applied to the PLL circuit associated with the above modes, so that the configuration described above is realized only in the final mode when the PLL is near or within the lockup state. And a changeable configuration of the Down signal. In the preceding mode, when the PLL is near the lock-up state or not in the lock-up state, the configuration of the Up signal and the Down signal is different.
さらなる一実施形態では、本発明は、位相ロックループ回路を使用して実施される方法を提供し、方法は、VCO(voltage−controlled oscillator)によってVCO出力信号を提供するステップと、VCO出力信号をN分周器において受信するステップであって、N分周器は、N分周された出力信号を提供する、ステップと、N分周された出力信号を変調するステップと、信号を第1の入力において受信するステップであって、信号は基準周波数において発振する、ステップと、N分周された出力信号を第2の入力において受信するステップと、位相周波数検出器およびチャージポンプにおいて第1の入力の位相と第2の入力の位相とを比較するステップとを含む。位相周波数検出器は、第2の入力が上昇したときにUp信号が上昇し、第2の入力が下降したときにUp信号が下降し、第2の入力が上昇したときにDown信号が上昇し、第1の入力が上昇したときにDown信号が下降する、Up信号およびDown信号の構成を有する特定の線形性システムであることを、その特徴とすることができる。VCOは、ループフィルタおよびN分周器と直列することができ、VCOは、ループフィルタから調整電圧信号を受信する。 In a further embodiment, the present invention provides a method implemented using a phase locked loop circuit, the method comprising providing a VCO output signal by a VCO (Voltage-Controlled Oscillator), Receiving at an N divider, the N divider providing an N divided output signal; modulating the N divided output signal; Receiving at an input, the signal oscillating at a reference frequency, receiving an N-divided output signal at a second input, and a first input at the phase frequency detector and the charge pump. Comparing the phase of the second input and the phase of the second input. In the phase frequency detector, the Up signal rises when the second input rises, the Up signal falls when the second input falls, and the Down signal rises when the second input rises. It can be characterized by a particular linearity system having a configuration of Up and Down signals in which the Down signal falls when the first input rises. The VCO can be in series with a loop filter and an N divider, and the VCO receives a regulated voltage signal from the loop filter.
また別の実施形態では、本発明は、2つ以上のモードに関連付けられた位相ロックループ回路を使用して実施される方法を提供し、方法は、上で説明した構成が、最終モードにおいて、PLLがロックアップ状態の十分近くに、またはロックアップ状態内にあるときだけに実現するように、Up信号およびDown信号の変更可能な構成を提供するステップを含み、先行するモードにおいて、PLLがロックアップの近くにないときは、Up信号およびDown信号の構成は異なることがある。 In yet another embodiment, the present invention provides a method implemented using a phase-locked loop circuit associated with more than one mode, wherein the method described above is in a final mode, Providing a changeable configuration of the Up and Down signals so that the PLL is locked in the preceding mode so that it is realized only when the PLL is sufficiently close or within the lockup state. When not close to up, the configuration of the Up and Down signals may be different.
さらなる一実施形態では、本発明は、位相周波数検出器を提供し、位相周波数検出器は、基準周波数において発振する信号を受信するための第1の入力と、N分周された出力信号を受信するための第2の入力と、N分周された出力信号を第1のフリップフロップトリガ入力において受信するための第1のフリップフロップであって、リセット入力および第1のフリップフロップ出力を含む第1のフリップフロップと、基準周波数において発振する信号を第2のフリップフロップトリガ入力において受信するための第2のフリップフロップであって、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む第2のフリップフロップと、第1のフリップフロップ出力および第2のフリップフロップ出力を受信するためのNAND論理ゲートと、第1のフリップフロップ出力およびNAND論理ゲートの出力を受信するためのAND論理ゲートと、NAND論理ゲートの出力を受信するためのインバータ論理ゲートであって、インバータ論理ゲートの出力は第1のフリップフロップのリセット入力および第2のフリップフロップのリセット入力に接続される、インバータ論理ゲートとを含み、N分周された出力信号を受信するための第2の入力は、位相周波数検出器のUp信号出力を備え、AND論理ゲートの出力は、位相周波数検出器のDown信号出力を備える。 In a further embodiment, the present invention provides a phase frequency detector that receives a first input for receiving a signal oscillating at a reference frequency and an output signal divided by N. A first flip-flop for receiving at a first flip-flop trigger input a second input for performing an N-divided output signal, the first flip-flop including a reset input and a first flip-flop output A first flip-flop and a second flip-flop for receiving a signal oscillating at a reference frequency at a second flip-flop trigger input, the second flip-flop including a reset input and a second flip-flop output A NAND logic gate for receiving the first flip-flop output and the second flip-flop output; AND logic gate for receiving the output of the NAND logic gate and an inverter logic gate for receiving the output of the NAND logic gate, the output of the inverter logic gate being the reset of the first flip-flop A second input for receiving an N-divided output signal comprising the Up signal output of the phase frequency detector, including an inverter logic gate connected to the input and a reset input of the second flip-flop. The output of the AND logic gate comprises the Down signal output of the phase frequency detector.
さらなる一実施形態では、本発明は、位相周波数検出器を提供し、位相周波数検出器は、基準周波数において発振する信号を受信するための第1の入力と、N分周された出力信号を受信するための第2の入力と、N分周された出力信号を第1のフリップフロップトリガ入力において受信するための第1のフリップフロップであって、リセット入力および第1のフリップフロップ出力を含む第1のフリップフロップと、基準周波数において発振する信号を第2のフリップフロップトリガ入力において受信するための第2のフリップフロップであって、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む第2のフリップフロップと、第1のフリップフロップ出力および第2のフリップフロップ出力を受信するためのNAND論理ゲートと、第2のフリップフロップ出力および周波数モードイネーブル信号を受信するための第1のAND論理ゲートと、第1のフリップフロップ出力およびNAND論理ゲートの出力を受信するための第2のAND論理ゲートと、NAND論理ゲートの出力を受信するためのインバータ論理ゲートであって、インバータ論理ゲートの出力は第1のフリップフロップのリセット入力および第2のフリップフロップのリセット入力に接続される、インバータ論理ゲートと、第1のAND論理ゲートの出力およびN分周された出力信号を受信するためのOR論理ゲートとを含み、OR論理ゲートの出力は、位相周波数検出器のUp信号出力を含み、第2のAND論理ゲートの出力は、位相周波数検出器のDown信号出力を備える。周波数モードイネーブル信号は、2モードまたはマルチモードPLLのために使用することができる。 In a further embodiment, the present invention provides a phase frequency detector that receives a first input for receiving a signal oscillating at a reference frequency and an output signal divided by N. A first flip-flop for receiving at a first flip-flop trigger input a second input for performing an N-divided output signal, the first flip-flop including a reset input and a first flip-flop output A first flip-flop and a second flip-flop for receiving at its second flip-flop trigger input a signal oscillating at a reference frequency, the second flip-flop including a reset input and a second flip-flop output A NAND logic gate for receiving the first flip-flop output and the second flip-flop output; A first AND logic gate for receiving the flip-flop output and the frequency mode enable signal, a second AND logic gate for receiving the first flip-flop output and the NAND logic gate output, and a NAND logic gate An inverter logic gate, the output of the inverter logic gate being connected to the reset input of the first flip-flop and the reset input of the second flip-flop; An AND logic gate and an OR logic gate for receiving the N divided output signal, wherein the OR logic gate output includes a phase frequency detector Up signal output, the second AND logic gate of the second AND logic gate The output comprises the Down signal output of the phase frequency detector. The frequency mode enable signal can be used for a two-mode or multi-mode PLL.
さらなる一実施形態では、本発明は、位相周波数検出器を使用して実施される方法を提供し、方法は、基準周波数において発振する信号を、第1の入力において受信するステップと、N分周された出力信号を第2の入力において受信するステップと、N分周された出力信号を第1のフリップフロップの第1のフリップフロップトリガ入力において受信するステップであって、第1のフリップフロップはリセット入力および第1のフリップフロップ出力を含む、ステップと、基準周波数において発振する信号を第2のフリップフロップの第2のフリップフロップトリガ入力において受信するステップであって、第2のフリップフロップはリセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む、ステップと、第1のフリップフロップ出力および第2のフリップフロップ出力を、NAND論理ゲートにおいて受信するステップと、第1のフリップフロップ出力およびNAND論理ゲートの出力を、AND論理ゲートにおいて受信するステップと、NAND論理ゲートの出力をインバータ論理ゲートにおいて受信するステップであって、インバータ論理ゲートの出力は第1のフリップフロップのリセット入力および第2のフリップフロップのリセット入力に接続される、ステップとを含み、N分周された出力信号を受信するための第2の入力は、位相周波数検出器のUp信号出力を備え、第2のAND論理ゲートの出力は、位相周波数検出器のDown信号出力を備える。 In a further embodiment, the present invention provides a method implemented using a phase frequency detector, the method receiving a signal oscillating at a reference frequency at a first input; Receiving the output signal at the second input and receiving the output signal divided by N at the first flip-flop trigger input of the first flip-flop, wherein the first flip-flop Receiving a signal oscillating at a reference frequency at a second flip-flop trigger input of a second flip-flop, the reset including a reset input and a first flip-flop output, wherein the second flip-flop is reset A step including an input and a second flip-flop output; and a first flip-flop output and Receiving the flip-flop output of 2 at the NAND logic gate, receiving the output of the first flip-flop output and the NAND logic gate at the AND logic gate, and receiving the output of the NAND logic gate at the inverter logic gate. An output of the inverter logic gate is connected to the reset input of the first flip-flop and the reset input of the second flip-flop, and receiving the output signal divided by N The second input of the second input comprises the Up signal output of the phase frequency detector and the output of the second AND logic gate comprises the Down signal output of the phase frequency detector.
上述の概略的な説明と以下の詳細な説明はともに、例示的かつ説明的なものであり、特許請求される発明についてのさらなる説明を提供することを意図したものであることを理解されたい。 It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the claimed invention.
添付の図面は、本発明についてのさらなる理解を提供するために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成し、本発明の実施形態を図説し、説明と併せて、本発明の原理を説明するのに役立つ。
その例が添付の図面に示された実施形態について、今から詳細に言及する。以下の詳細な説明では、本明細書で提示される本発明を理解する助けとなるように、数々の非限定的だが具体的な詳細が説明される。しかし、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な代替形態を使用できること、またこれらの具体的な詳細を用いずとも、本発明を実施できることは、当業者には明らかである。例えば、本明細書で提示される本発明が、任意の型のPLL(phase−locked loop)回路において実施できることは、当業者には明らかである。 Reference will now be made in detail to the embodiments, examples of which are illustrated in the accompanying drawings. In the following detailed description, numerous non-limiting but specific details are set forth to assist in understanding the invention presented herein. However, it will be apparent to those skilled in the art that various alternatives may be used without departing from the scope of the invention and that the invention may be practiced without these specific details. For example, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention presented herein can be implemented in any type of phase-locked loop (PLL) circuit.
図1は、フラクショナルN周波数シンセサイザを有するPLL回路の例示的な一実施形態100を示している。例示的な実施形態100では、基準クロック信号101を、N分周器107からの出力信号108とともに、位相周波数検出器およびチャージポンプ102に入力することができる。位相周波数検出器およびチャージポンプ102は、基準クロック信号101と出力信号108の間の位相差を検出することができる。位相周波数検出器およびチャージポンプ102からの出力信号103は、入力位相差に比例した現在のパルスに等しいとすることができ、出力信号103は、VCO(voltage−controlled oscillator)105において与えられた周波数を獲得するのに必要とされる調整電圧を生成するために、ループフィルタ104において積分することができる。ループフィルタ104は、一般に、標準的な積分器、極零点(pole zero)、およびポストフィルタを含むことができる、受動回路である。ポストフィルタは、RLC(resistor−inductor−capacitor)、RC(resistor−capacitor)、またはLC(inductor−capacitor)とすることができる。ループフィルタ104は、チャージポンプ102の現在のパルスをフィルタリングすることによって、VCO出力信号109のスペクトル純度を改善することができる。
FIG. 1 illustrates an
VCO105からの第1の出力信号109を、例えば、VCO105に接続されたデバイスへの入力として使用することができ、デバイスは、VCO105に入力される調整電圧によって制御される周波数において発振する特定の信号を受信する。VCO105からの第2の出力信号106を、N分周器107を通過する負帰還ループ回路を生成するために使用することができ、位相周波数検出器およびチャージポンプ102への入力として使用する。N分周器107は、第2の出力信号106をN倍に分周することができ、ここで、Nは、基準クロック信号101のN倍の周波数に対応する分周比である。N分周器107からの出力信号108を、ΣΔ変調器110へのクロック入力として使用することができる。ΣΔ変調器110の出力を、ΣΔ変調器110の出力をNの値に加算する加算器111に入力することができる。加算器111の出力を、N分周器107に入力することができる。上述の例示的な実施形態を使用すると、(N分周器107、ΣΔ変調器110、および加算器111を備える)分周回路に関連する分周サイクルの値を変調して、分数を獲得してフラクショナルN変調を実装することができる。非DC周波数にあり、フラクショナルN変調を使用する変調信号は、周波数シンセサイザの位相雑音性能を悪化させ得る電力を示さないことがある。具体的には、ΣΔ変調器110は、そのような電力をより高い周波数に整形することができ、そうすることによって、悪化する余分な雑音を帰還ループのループフィルタ104の帯域幅の外側に移動させて、余分な雑音を除去する。時間差は、ΣΔ変調器110を使用して生成することができ、位相周波数検出器および関連するチャージポンプ102によって、電荷量に変換することができる。変換は、高線形な方法で実行することができるため、ΣΔ変調器110を使用することからもたらされる雑音整形スペクトル特性が、いくらかの雑音が結果としてPLLループに導入されるような変更を受けない。そのような雑音がPLLループに導入されることを防止することによって、N分周器107およびΣΔ変調器110を用いて実装されるフラクショナルN変調を使用することからもたらされる位相雑音性能が維持される。
The
フラクショナルN周波数シンセサイザとしてN分周器107、ΣΔ変調器110、および加算器111を使用すると、フラクショナルN周波数シンセサイザの周波数が、
FVCO=FReference×(INT+FRAC/MOD)
の形式を取る信号を生成することができる。
When the
F VCO = F Reference x (INT + FRAC / MOD)
A signal that takes the form
上記の等式において、FVCOは、必ずしも変数FReferenceによって表される基準クロック信号101の整数倍でなくともよい。INT、FRAC、およびMODによって表される変数は、整数とすることができる。
In the above equation, F VCO does not necessarily have to be an integral multiple of the
ここでは留意すべきは、フラクショナルN PLLシンセサイザにおける位相雑音スペクトル特性の悪化を防止するには、この目的のために様々なタイプがよく知られている、ΣΔ変調器雑音整形技法に加えて、位相周波数検出器において検出された位相差から、VCOに接続されたループフィルタにおける電荷量への、高線形な変換方法が非常に重要となる。 It should be noted here that in order to prevent deterioration of the phase noise spectral characteristics in a fractional N PLL synthesizer, in addition to the ΣΔ modulator noise shaping technique, various types are well known for this purpose. A highly linear conversion method from the phase difference detected in the frequency detector to the charge amount in the loop filter connected to the VCO is very important.
図2は、フラクショナルN変調器と直列に接続された、PLL回路の位相周波数検出器202の例示的な一実施形態200を示している。例示的な実施形態200では、位相周波数検出器202の個々の要素が示されている(個々のチャージポンプ要素は示されていない)。具体的には、位相周波数検出器202は、基準クロック信号201の入力と、分周されたVCOクロック信号208の入力とを含む。分周されたVCOクロック信号208の入力は、フラクショナルN周波数シンセサイザの出力とすることができる。分周されたVCOクロック信号208の入力は、第1のフリップフロップ210(すなわち、Down R1フリップフロップ(FF))のトリガ入力に接続することができる。分周されたVCOクロック信号208の入力は、OR論理ゲート214の入力にも接続することができる。第1のフリップフロップ210は、リセットダウン入力と、第1のフリップフロップ210の出力とを含むことができる。基準クロック信号201の入力は、第2のフリップフロップ211(すなわち、Up R1 FF)のトリガ入力に接続することができる。第2のフリップフロップ211は、リセットアップ入力と、第2のフリップフロップ出力とを含むことができる。第1のフリップフロップ210リセットダウン入力および第2のフリップフロップ211リセットアップ入力は、インバータ論理ゲート216の出力に接続することができる。インバータ論理ゲートの入力は、NAND論理ゲート215の出力とすることができる。NAND論理ゲート215の入力は、第1のフリップフロップ210の出力と、第2のフリップフロップ211の出力とすることができる。第1のAND論理ゲート217は、第2のフリップフロップ211の出力と、周波数モードイネーブル信号212とを入力として受信することができる。NAND論理ゲート215の出力は、第2のAND論理ゲート213の入力にも接続することができる。第2のAND論理ゲート213は、第1のフリップフロップ210の出力も受信することができる。OR論理ゲート214は、第1のAND論理ゲート217の出力も入力として受信することができる。
FIG. 2 illustrates an
位相周波数検出器202は、上で説明した例示的な構成を使用して、2つのモードで動作することができる。2つのモードは、位相モードと、周波数モードと呼ばれることがある。いくつかの実施形態では、周波数モードイネーブル信号212の値がロー、すなわち、「0」である場合、位相モードがイネーブルであるとすることができる。いくつかの実施形態では、周波数モードイネーブル信号212の値がハイ、すなわち、「1」である場合、周波数モードがイネーブルであるとすることができる。第1のAND論理ゲート217は、その入力の1つとして周波数モードイネーブル信号212を受信するので、位相モードの間、第1のAND論理ゲート217の出力は、常にローでなければならない。図2に示されるように、位相モードでは、OR論理ゲート214は、第1のAND論理ゲート217から、VCOクロック信号208を透過的にするロー出力、すなわち、「0」出力を常に受信するので、(「Up」と示された)OR論理ゲート214の出力は、常に分周されたVCOクロック信号208となる。
The
いくつかの実施形態では、分周されたVCOクロック信号208のハイ状態、すなわち、「1」状態は、VCOの周期に比例することができる。これが可能になるのは、N分周器107が、その実装により、VCOサイクルのカウンタになり得るためである。したがって、いくつかの実施形態では、(チャージポンプの「ソース」とも呼ばれることがある)チャージポンプのUpソースに接続できる、「Up」信号(OR論理ゲート214の出力)は、各サイクルにおいて、あるα(すなわち一定数)のVCO周期の間、オンになることができる。「Down」信号を、いくつかの実施形態では、(チャージポンプの「シンク」とも呼ばれることがある)チャージポンプのDownソースに接続することができ、位相周波数検出器202によって制御することができるため、平均をとれば「Down」信号が「Up」信号を相殺することができる。第2のAND論理ゲート213は、第1のフリップフロップ210のリセットを予想することができるため、ダウン経路のリセット遅延が分周されたVCOクロック信号208の状態に依存しない。第1のフリップフロップ212のリセットタイミングは、いくつかの実施形態では、分周されたVCOクロック信号208の状態に依存する。
In some embodiments, the high state, or “1” state, of the divided
いくつかの実施形態では、入力電圧と出力周波数の間のVCOの係数は、正であることが仮定される(すなわち、入力電圧が増加するのに伴い、出力周波数も増加する)。VCOが負の係数を有する(すなわち、入力電圧が増加するのに伴い、出力周波数が減少する)場合、位相周波数検出器出力ペアとチャージポンプソースペアの間の接続を変更することによって、例示的な実施形態も適用可能である。Up信号は、チャージポンプのDownソース(または「シンク」)に接続することができ、Down信号は、チャージポンプのUpソース(または「ソース」)に接続することができる。VCOの係数が正であるという仮定は、それを打ち消す言及を行わない限り、説明する他の実施形態に対しても適用することができる。 In some embodiments, the coefficient of the VCO between the input voltage and the output frequency is assumed to be positive (ie, the output frequency increases as the input voltage increases). By changing the connection between the phase frequency detector output pair and the charge pump source pair when the VCO has a negative coefficient (ie, the output frequency decreases as the input voltage increases) Various embodiments are also applicable. The Up signal can be connected to the Down source (or “sink”) of the charge pump, and the Down signal can be connected to the Up source (or “source”) of the charge pump. The assumption that the coefficient of the VCO is positive can also be applied to the other embodiments described, unless stated to negate it.
図3は、位相周波数検出器の「Down」出力および「Up」出力を有する、フラクショナルN変調に関連する信号図の例示的な図300を示している。例示的な図300では、分周されたVCO信号301、基準クロック信号302、位相周波数検出器「Down」信号303、位相周波数検出器「Up」信号304、およびチャージポンプ電流305の間の関係を示している。例示的な図300に示されるように、「Up」信号(ソース)304は、各サイクルにおいて一定の電荷量(いくつかの実施形態では、一定のパルス)を供給することができるが、「Down」信号(ソース)は、ΣΔ変調器シーケンスによって変調することができる。結果として、チャージポンプの「Up」信号(ソース)と「Down」信号(ソース)の間の不一致にも係わらず、チャージポンプ(出力)における高線形性を達成することができる。すなわち、「Down」ソースを、いくつかの実施形態において、位相周波数検出器202によって制御することができるため、平均をとれば「Down」ソースが「Up」ソースを相殺することができる。さらに、「Up」信号におけるパルスの持続時間は、分周されたVCO信号301に結び付けることができるため、分周されたVCO信号301が、フラクショナルN変調に起因するいかなる時間変化も補償できる。概ね、「Up」ソースと「Down」ソースは、同時にハイ状態にあることができ、したがって、基準クロック信号302のブレイクスルー(breakthrough)を低減する。この例示的な実施形態に関連するいかなる静的な位相誤差も、分周されたVCO信号301のハイ状態の持続時間によって生成することができ、チャージポンプ電流305には依存しないことができる。チャージポンプ設定が動的に切り替えられるPLL実施形態では、そのような実施形態の静的な位相誤差は、変化せずに、位相ロック状態を維持することができる。
FIG. 3 shows an exemplary diagram 300 of a signal diagram associated with fractional-N modulation having a “Down” output and an “Up” output of a phase frequency detector. In the exemplary diagram 300, the relationship between the divided
いくつかの実施形態では、「Up」ソース(例えば、「Up」ソース304)のための最大電流は、公称チャージポンプ電流(例えば、チャージポンプ電流305)に、分周されたVCO信号301のデューティサイクルを乗算したものに制限することができる。そのような実施は制限的であり得るが、(上で説明した)周波数モードに切り換えることが可能なことがある。周波数モードでは、「Up」ソースを、(図2の例示的な実施形態に示されるように)第2のフリップフロップ211と、分周されたVCOクロック信号208とによって制御することができる。周波数モードにおける位相周波数検出器(例えば、位相周波数検出器202)の範囲は、例えば、標準的な3状態の位相周波数検出器値に拡張することができ、対称的とすることができる。いくつかの実施形態では、非線形応答が、そのような実装を位相ロック状態に対して不適切にすることがある。そのような一実施形態は、同時低雑音要件を有する高速ロッキングPLLにとって適切なことがある。ロッキングプロセスの初期段階を、周波数モードにおいて実行することができるため、最適な周波数および粗略な位相再獲得を保証する。その後、位相周波数検出器202は、安定した位相ロック状態に達するために、(上で説明したような)位相モードに切り換えることができる。周波数モードと位相モードの間の静的な位相誤差は同一とすることができるので、2つのモードの間の切り換えは、強い位相擾乱を発生させないことができる。
In some embodiments, the maximum current for an “Up” source (eg, “Up” source 304) is equal to the nominal charge pump current (eg, charge pump current 305) divided by the duty of the divided
図4は、(図2に示されるような)フラクショナルN変調器と直列に接続した、PLL回路の位相周波数検出器およびチャージポンプの例示的な一実施形態を示しており、周波数モード信号は、常にロー、すなわち、「0」であり、また位相周波数検出器の例示的な一実施形態は、「シングルモード」PLLに対するものである。図2に関してすでに説明した論理回路解析によれば、周波数モードイネーブル信号212がローに留まる場合、図2の論理回路を、図4の上側に示されるより単純な回路に変換することができる。PLL応用例に対して、高速ロック要件が常に存在するわけではないので、示された位相周波数検出器回路は、モードを変更しないようなPLLに対して、すなわち、シングルモードPLLに対して適用可能とすることができる。位相周波数検出器のこの実施形態の利益は、チャージポンプ出力の結果として、VCOに接続されたループフィルタにおいて悪化を招くことなく、良好に雑音整形されたΣΔ変調器から電荷量への高線形な変換を提供することである。
FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a PLL circuit phase frequency detector and charge pump connected in series with a fractional N modulator (as shown in FIG. 2), where the frequency mode signal is Always low, ie, “0”, and an exemplary embodiment of a phase frequency detector is for a “single mode” PLL. According to the logic circuit analysis already described with respect to FIG. 2, if the frequency mode enable
図5は、フラクショナルN変調器と直列した、PLL回路の位相周波数検出器およびチャージポンプ502の例示的な一実施形態500を示している。例示的な実施形態500は、位相周波数検出器とチャージポンプの間の「Up」信号と「Down」信号が対称的な、周波数検出器およびチャージポンプ502を含む。基準クロック501、分周されたVCOクロック508、第1のフリップフロップ510、第2のフリップフロップ511、およびNAND論理ゲート512の、示されるような構成を通して、基準クロック501が上昇したときに「Up」信号が上昇し、分周されたVCOクロック508が上昇したときに「Up」信号が下降し、分周されたVCOクロック508が上昇したときに「Down」信号が上昇し、基準クロック501が上昇したときに「Down」信号が下降する。分周されたVCOクロック508がΣΔ変調器によって変調される、フラクショナルN PLL周波数シンセサイザにおけるフラクショナルN変調を用いる場合、「Up」信号のバルス幅と「Down」信号のバルス幅はともに、変調器によって変調される。Up信号とDown信号の同時変調は、図3に示され、図3に関して説明された、いくつかの実施形態では、いくぶん非線形な特性を生じさせる。図3の一実施形態は、Up信号(ソース)とDown信号(ソース)の対称的な構成を有するが、実際の回路において、Up経路とDown経路の間の精密に対称的な特性を実現することは困難になる。非線形性の例示的な説明になるものは、Upソース(「ソース」)がPMOSによって構成され、Downソース(「シンク」)がNMOSによって構成され、PMOSとNMOSの間のマッチングのプロセスが通常はあまり完全ではない、チャージポンプの従来の構成である。
FIG. 5 shows an
図6は、(図2および図4に示されるような)位相周波数検出器に供給される基準クロックおよび分周されたVCOクロックとの関連で、Up信号値およびDown信号値を示している。図6の「1」(ハイレベル)および「0」(ローレベル)チャートを、図2に示される低周波数モードにおける論理回路と併せて、また図4に示される論理回路によって、分析することができる。いくつかの実施形態では、図6に示されるように、Up信号は、分周されたVCOクロックが上昇したときに「Up」信号が上昇し、分周されたVCOクロックが下降したときに「Up」信号が下降し、分周されたVCOクロックが上昇したときに「Down」信号が上昇し、基準クロックが上昇したときに「Down」信号が下降する。Up信号およびDown信号のこの構成は、図5に示される実施形態と比較して、フラクショナルN PLLに有益な線形性利点を特徴とする。利点の基礎をなす理由は、図3に示され、図3に関して説明されたように、Down信号のパルス幅は、ΣΔ変調器によって影響を受ける一方、Up信号のパルス幅は、そのサイクルシーケンスがΣΔ変調器によって変調されるとしても、分周されたVCOクロックに対して一定であることである。いくつかの実施形態では、Down経路は、ΣΔ変調器によって「変調」され、PLLは、位相周波数検出器とチャージポンプの間に配置されるUp経路とDown経路の間の実際的な非対称特性によって引き起こされる非線形問題から解放されている。 FIG. 6 shows the Up signal value and the Down signal value in relation to the reference clock and the divided VCO clock supplied to the phase frequency detector (as shown in FIGS. 2 and 4). The “1” (high level) and “0” (low level) charts of FIG. 6 can be analyzed in conjunction with the logic circuit in the low frequency mode shown in FIG. 2 and by the logic circuit shown in FIG. it can. In some embodiments, as shown in FIG. 6, the Up signal is “up” when the divided VCO clock rises and “up” when the divided VCO clock falls. When the “Up” signal falls and the divided VCO clock rises, the “Down” signal rises, and when the reference clock rises, the “Down” signal falls. This configuration of the Up and Down signals is characterized by a linearity advantage beneficial to the fractional N PLL compared to the embodiment shown in FIG. The reason underlying the advantage is shown in FIG. 3, and as explained with respect to FIG. 3, the pulse width of the Down signal is affected by the ΣΔ modulator, while the pulse width of the Up signal is Even if it is modulated by the ΣΔ modulator, it is constant with respect to the divided VCO clock. In some embodiments, the Down path is “modulated” by a ΣΔ modulator, and the PLL is driven by a practical asymmetric characteristic between the Up path and the Down path placed between the phase frequency detector and the charge pump. Freed from nonlinear problems caused.
図7は、(シングルモードPLLのための)位相周波数検出器のための例示的な方法のステップ700を示している。位相周波数方法ステップ700は、基準周波数において発振する信号を、第1の入力において受信するステップ701と、N分周された出力信号を、第2の入力において受信するステップ702と、N分周された出力信号を、第1のフリップフロップの第1のフリップフロップトリガ入力において受信するステップ703であって、第1のフリップフロップは、リセット入力および第1のフリップフロップ出力を含む、ステップ703と、基準周波数において発振する信号を、第2のフリップフロップの第2のフリップフロップトリガ入力において受信するステップ704であって、第2のフリップフロップは、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む、ステップ704と、第1のフリップフロップ出力および第2のフリップフロップ出力を、NAND論理ゲートにおいて受信するステップ705と、第1のフリップフロップ出力およびNAND論理ゲートの出力を、第2のAND論理ゲートにおいて受信するステップ706と、NAND論理ゲートの出力を、インバータ論理ゲートにおいて受信するステップ707であって、インバータ論理ゲートの出力は、第1のフリップフロップのリセット入力および第2のフリップフロップのリセット入力に接続される、ステップ707とに関する。
FIG. 7 shows an
図8は、(デュアルまたはマルチモードPLLのための)位相周波数検出器のための例示的な方法ステップ800を示している。位相周波数検出器方法ステップ800は、基準周波数において発振する信号を、第1の入力において受信するステップ801と、N分周された出力信号を、第2の入力において受信するステップ802と、N分周された出力信号を、第1のフリップフロップの第1のフリップフロップトリガ入力において受信するステップ803であって、第1のフリップフロップは、リセットダウン入力および第1のフリップフロップ出力を含む、ステップ803と、基準周波数において発振する信号を、第2のフリップフロップの第2のフリップフロップトリガ入力において受信するステップ804であって、第2のフリップフロップは、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む、ステップ804と、第1のフリップフロップ出力および第2のフリップフロップ出力を、NAND論理ゲートにおいて受信するステップ805と、第2のフリップフロップ出力および周波数モードイネーブル信号を、第1のAND論理ゲートにおいて受信するステップ806と、第1のフリップフロップ出力およびNAND論理ゲートの出力を、第2のAND論理ゲートにおいて受信するステップ807と、NAND論理ゲートの出力を、インバータ論理ゲートにおいて受信するステップ808であって、インバータ論理ゲートの出力は、第1のフリップフロップのリセット入力および第2のフリップフロップのリセット入力に接続される、ステップ808と、第1のAND論理ゲートの出力およびN分周された出力信号を、OR論理ゲートにおいて受信するステップ809とに関する。
FIG. 8 shows exemplary method steps 800 for a phase frequency detector (for dual or multimode PLL). Phase frequency
図9は、フラクショナルN変調器を有するPLL回路のための例示的な方法ステップ900を示している。PLL方法ステップ900は、電圧制御発振器(VCO)によって、VCO出力信号を提供するステップ901と、VCO出力信号を、N分周器において受信するステップ902と、N分周器によって、N分周された出力信号を提供するステップ903と、変調器によって、N分周された出力信号を変調するステップ904と、基準周波数において発振する信号を、第1の入力において受信するステップ905と、N分周された出力信号を、第2の入力において受信するステップ906と、基準周波数において発振する信号の第1の位相とN分周された出力信号の第2の位相とを、位相周波数検出器およびチャージポンプにおいて比較するステップ907とに関する。
FIG. 9 shows exemplary method steps 900 for a PLL circuit having a fractional N modulator. The
本発明の主旨または範囲から逸脱することなく、様々な変更および変形を本発明に施し得ることが、当業者には明らかである。したがって、本発明の変更および変形が添付の請求項およびそれらの均等物の範囲内に包含される場合、本発明がそのような変更および変形を包含することが意図されている。 It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made to the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, it is intended that the present invention cover such modifications and variations as come within the scope of the appended claims and their equivalents.
Claims (6)
チャージポンプと、
VCO出力信号を提供するためのVCO(voltage−controlled oscillator)と、
前記VCO出力信号を受信するための入力を有する、N分周された出力信号を提供するためのN分周器と、
前記N分周された出力信号を変調するための変調器と、
基準周波数供給器と、
ループフィルタと
を備える位相周波数検出器回路において、
前記位相周波数検出器回路は、
基準周波数において発振する信号を受信するための第1の入力と、
前記N分周された出力信号を受信するための第2の入力と、
Up信号出力と、
Down信号出力と
を備え、
前記位相周波数検出器回路は、前記第2の入力が上昇したときに常に前記Up信号出力が上昇し、前記第2の入力が下降したときに常に前記Up信号出力が下降し、
前記第2の入力が上昇したときに前記Down信号出力が上昇し、前記第1の入力が上昇したときに前記Down信号出力が下降するモードを有する
ことを特徴とする位相周波数検出器回路。 A phase frequency detector circuit applied to a fractional-N synthesizer PLL (phase-locked loop) circuit,
A charge pump,
A VCO (voltage-controlled oscillator) for providing a VCO output signal;
An N divider for providing an N divided output signal having an input for receiving the VCO output signal;
A modulator for modulating the N-divided output signal;
A reference frequency supply;
In a phase frequency detector circuit comprising a loop filter,
The phase frequency detector circuit is
A first input for receiving a signal oscillating at a reference frequency;
A second input for receiving the N divided output signal;
Up signal output,
A Down signal output,
It said phase frequency detector circuit, before Symbol always the Up signal output rises when the second input is increased, always the Up signal output is lowered when said second input is lowered,
Phase frequency before Symbol second input the Down signal output rises when raised, the Down signal output when said first input is increased to said <br/> to have a mode that drops Detector circuit.
基準周波数において発振する前記信号を第2のフリップフロップトリガ入力において受信するための第2のフリップフロップであって、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む第2のフリップフロップと、
前記第1のフリップフロップ出力および前記第2のフリップフロップ出力を受信するためのNAND論理ゲートと、
前記第1のフリップフロップ出力および前記NAND論理ゲートの出力を受信するためのAND論理ゲートと、
前記NAND論理ゲートの前記出力を受信するためのインバータ論理ゲートであって、前記インバータ論理ゲートの出力は、前記第1のフリップフロップの前記リセット入力および前記第2のフリップフロップの前記リセット入力に接続される、インバータ論理ゲートと
をさらに備え、
前記N分周された出力信号を受信するための前記第2の入力は、前記位相周波数検出器の前記Up信号出力を備え、前記AND論理ゲートの出力は、前記位相周波数検出器の前記Down信号出力を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の位相周波数検出器回路。 A first flip-flop for receiving the N-divided output signal at a first flip-flop trigger input, the first flip-flop including a reset input and a first flip-flop output;
A second flip-flop for receiving at a second flip-flop trigger input the signal oscillating at a reference frequency, the second flip-flop including a reset input and a second flip-flop output;
A NAND logic gate for receiving the first flip-flop output and the second flip-flop output;
An AND logic gate for receiving the first flip-flop output and the NAND logic gate output;
An inverter logic gate for receiving the output of the NAND logic gate, the output of the inverter logic gate being connected to the reset input of the first flip-flop and the reset input of the second flip-flop; And further comprising an inverter logic gate,
The second input for receiving the N divided output signal comprises the Up signal output of the phase frequency detector, and the output of the AND logic gate is the Down signal of the phase frequency detector. The phase frequency detector circuit of claim 1, comprising an output.
基準周波数において発振する前記信号を第2のフリップフロップトリガ入力において受信するための第2のフリップフロップであって、リセット入力および第2のフリップフロップ出力を含む第2のフリップフロップと、
前記第1のフリップフロップ出力および前記第2のフリップフロップ出力を受信するためのNAND論理ゲートと、
前記第2のフリップフロップ出力およびモード変更信号を受信するための第1のAND論理ゲートと、
前記第1のフリップフロップ出力および前記NAND論理ゲートの出力を受信するための第2のAND論理ゲートと、
前記NAND論理ゲートの前記出力を受信するためのインバータ論理ゲートであって、前記インバータ論理ゲートの出力は、前記第1のフリップフロップの前記リセット入力および前記第2のフリップフロップの前記リセット入力に接続される、インバータ論理ゲートと、
前記第1のAND論理ゲートの出力および前記N分周された出力信号を受信するためのOR論理ゲートと
を備え、
前記OR論理ゲートの出力は、前記位相周波数検出器のUp信号出力を備え、前記第2のAND論理ゲートの出力は、前記位相周波数検出器のDown信号出力を備える
ことを特徴とする請求項1に記載の位相周波数検出器回路。 A first flip-flop for receiving the N-divided output signal at a first flip-flop trigger input, the first flip-flop including a reset input and a first flip-flop output;
A second flip-flop for receiving at a second flip-flop trigger input the signal oscillating at a reference frequency, the second flip-flop including a reset input and a second flip-flop output;
A NAND logic gate for receiving the first flip-flop output and the second flip-flop output;
A first AND logic gate for receiving the second flip-flop output and a mode change signal;
A second AND logic gate for receiving the first flip-flop output and the NAND logic gate output;
An inverter logic gate for receiving the output of the NAND logic gate, the output of the inverter logic gate being connected to the reset input of the first flip-flop and the reset input of the second flip-flop; An inverter logic gate;
An OR logic gate for receiving the output of the first AND logic gate and the N divided output signal;
The output of the OR logic gate comprises an Up signal output of the phase frequency detector, and the output of the second AND logic gate comprises a Down signal output of the phase frequency detector. A phase frequency detector circuit according to claim 1.
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